典型船舶焊接接头应力集中系数有限元分析

2012-01-22

船海工程 2012年3期

(南通中远川崎船舶工程有限公司,江苏南通 226005)

焊接部位是结构强度的薄弱环节，通常被简化为各种类型的焊接接头。最常见的焊接接头形式有对接接头、T 形接头等。焊接接头的焊趾处由于结构形状的连续性受到破坏和材质不均匀性而引起的应力集中，是导致焊接结构断裂和疲劳破坏的重要原因。因此，研究焊接接头几何参数对焊趾处的应力集中系数的影响，对于准确计算焊趾处的应力分布，分析疲劳强度，提高疲劳寿命预测精度有重要的意义。目前对焊接接头应力集中系数的计算公式准确性不够，实用范围较小。本文利用MSC/PATRAN软件建立有限元分析模型，并利用MSC/NASTRAN进行计算。通过对影响应力集中系数的几个重要几何参数的改变，计算出多组应力集中系数[1]；对计算结果数据进行系统分析，研究应力集中系数Kt随几何参数的变化趋势，在此基础上回归出应力集中系数Kt的计算公式。

1 对接接头的简化处理

对接接头是船舶与海洋工程结构中常见的焊接接头形式。对接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区和邻近的母材所组成；焊接接头中的化学成分、金相组织和力学性能一般是不均匀的。对接接头的疲劳强度在很大范围内变化，这是因为有一系列因素影响对接接头的疲劳性能[2]。本文将对接接头简化为平面问题。对接接头常见的坡口形式有两种,见图1。